(57)【要約】【課題】スイッチ装置の作動電源を無電源で確保することができ、その結果、電源コードが不要となし、各種器具の作動制御を無線で各種器具の受信器へと通信してその作動を制御することができるスイッチ装置を提供する。【解決手段】各種器具のスイッチ装置の作動電源となる圧電発電装置を、圧電セラミックス体と、該圧電セラミックス体を保持するクッション材と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の端部に固定された鋼球支持弾性体と、この鋼球支持弾性体の両端部に夫々固定された鋼球と、で構成し、上記スイッチを押圧したときに、該押圧力をスイッチ押圧力変換装置で上記圧電発電装置の殴打体への殴打力に変換して上記鋼球の一方を殴打して振動させ、他方の鋼球がその共振作用によって往復振動を連続させることで発電が繰り返されるように構成し、該圧電発電装置で発電された電力により、選択された上記各種器具の各種作動を制御可能に構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種器具のスイッチ装置の作動電源を自己発電可能な圧電発電装置で構成し、該圧電発電装置は、少なくとも一の板状に形成された圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の端部に固定された鋼球支持弾性体と、この鋼球支持弾性体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える鋼球と、で構成し、上記スイッチを押圧したときに、該押圧力をスイッチ押圧力変換装置で上記圧電発電装置の殴打体への殴打力に変換して上記鋼球の一方を殴打して振動させ、他方の鋼球がその共振作用によって往復振動を連続させることで発電が繰り返されるように構成し、該圧電発電装置で発電された電力により、選択された上記各種器具の各種作動を制御可能としたことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記鋼球支持弾性体は、基部材から同じ長さを有して同基部材に固定されていると共に、該基部材の両端部に固定される鋼球も、ほぼ同じ形状・重量で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記スイッチ押圧力変換装置は、スイッチが少なくとも一個以上配置されたスイッチ体と、このスイッチ体の係止片部と係合する回転リンク体と、この回転リンク体の端部に形成された殴打部と、上記回転リンク体を圧電発電装置の鋼球から離反する方向に付勢するバネ、とから構成されており、スイッチ体を押圧してスイッチ体の係止片部を回動させて回転リンク体の係合部を押圧し、該回転リンク体をバネの付勢力に抗して上記鋼球に近づく方向に回動させることで、該回転リンク体の殴打部が鋼球を殴打し、自己発電が開始されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記スイッチ押圧力変換装置は、スイッチが少なくとも一個以上配置されたスイッチ体と、このスイッチ体の係止片部と係合する回転リンク体と、この回転リンク体の端部に形成された殴打部と、上記回転リンク体を圧電発電装置の鋼球から離反する方向に付勢するバネと、上記回転リンク体の回転作動に同期して回動するように配設された従動リンク体と、上記回転リンク体と従動リンク体とを連結するロッドと、から構成されており、スイッチ体を押圧してスイッチ体の係止片部を回動させて回転リンク体の係合部を押圧し、該回転リンク体をバネの付勢力に抗して上記鋼球に近づく方向に回動させることで、該回転リンク体及び従動リンク体の各殴打部が１対の鋼球の夫々を殴打し、自己発電が開始されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のスイッチ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスイッチ装置は、防水処理が施されていることを特徴とするスイッチ装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置は、椅子に配設され、着座したときの押圧力及び着座状態が解除されたときの復元力によりスイッチがＯＮ・ＯＦＦ制御することを特徴とする椅子用のスイッチ装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置は、ランプをＯＮ・ＯＦＦ制御することを特徴とするランプ用のスイッチ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のスイッチは、化粧台用椅子に配設され、該椅子に着座したときにランプがＯＮし、椅子から立ち上がったときにランプがＯＦＦするように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置は、洗面台，洗面化粧台，流し台，浴室或は各部屋等の建物のいずれかの床面に配設され、該床面に配設されたスイッチ装置に体重が加わったときに、上記洗面台，洗面化粧台，流し台，浴室或は各部屋等の建物の適所に配置された照明器具、エアーコンディショナー、換気扇、テレビジョン、音響機器がＯＮし、上記床面に体重が加わらなくなったときに、上記各器具がＯＦＦすることを特徴とする各種器具のスイッチ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置は、流し台や洗面化粧台或は浴室の床面に配設され、該床面に配設されたスイッチ装置に体重が加わったときに、上記流し台の水栓の電磁弁が開放されて水が供給され、上記床面に体重が加わらなくなったときに、上記水栓の電磁弁が閉じて水の供給が遮断されることを特徴とする水栓用のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種器具のスイッチ装置に係り、特に、スイッチ装置の作動電源を無電源方式とし、該スイッチ装置に体重等の押圧力が作用した場合及びこの状態から押圧力が解除されたときに自己発電し、この電力を利用して各種器具の作動を制御するスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の各種器具におけるスイッチ装置には、例えば、特許文献１に示すような、椅子等の座面に圧力センサを配置し、この圧力センサに圧力が加わった場合には、ライトを点灯させ、圧力が加わらなくなったときにライトを消灯させる照明システム用のスイッチ装置が公知である。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１１０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の照明システム等に用いられるスイッチ装置にあっては、該スイッチ装置の作動電源を、電池や家庭電源に頼っているため、経時使用するときには電池の交換が必要となり、また、家庭電源を用いる場合には、近くにコンセントがない場所では使用することができないという配線上の不便さを有していると共に、この電源コードが存在することにより、スイッチ装置の配置場所や当該スイッチ装置の適用物品が規制される、という問題を有していた。
【０００５】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、スイッチ装置の作動電源を無電源で確保することができ、その結果、電源コードが不要となし、各種器具の作動制御を無線で各種器具の受信器へと通信してその作動を制御することができるスイッチ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明に係るスイッチ装置は、請求項１に記載したように、各種器具のスイッチ装置の作動電源を自己発電可能な圧電発電装置で構成し、該圧電発電装置は、少なくとも一の板状に形成された圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の端部に固定された鋼球支持弾性体と、この鋼球支持弾性体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える鋼球と、で構成し、上記スイッチを押圧したときに、該押圧力をスイッチ押圧力変換装置で上記圧電発電装置の殴打体への殴打力に変換して上記鋼球の一方を殴打して振動させ、他方の鋼球がその共振作用によって往復振動を連続させることで発電が繰り返されるように構成し、該圧電発電装置で発電された電力により、選択された上記各種器具の各種作動を制御可能としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記鋼球支持弾性体を、基部材から同じ長さを有して同基部材に固定されていると共に、該基部材の両端部に固定される鋼球も、ほぼ同じ形状・重量で形成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明にあっては、前記スイッチ押圧力変換装置を、スイッチが少なくとも一個以上配置されたスイッチ体と、このスイッチ体の係止片部と係合する回転リンク体と、この回転リンク体の端部に形成された殴打部と、上記回転リンク体を圧電発電装置の鋼球から離反する方向に付勢するバネ、とから構成し、スイッチ体を押圧してスイッチ体の係止片部を回動させて回転リンク体の係合部を押圧し、該回転リンク体をバネの付勢力に抗して上記鋼球に近づく方向に回動させることで、該回転リンク体の殴打部が鋼球を殴打し、自己発電が開始されるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記スイッチ押圧力変換装置を、スイッチが少なくとも一個以上配置されたスイッチ体と、このスイッチ体の係止片部と係合する回転リンク体と、この回転リンク体の端部に形成された殴打部と、上記回転リンク体を圧電発電装置の鋼球から離反する方向に付勢するバネと、上記回転リンク体の回転作動に同期して回動するように配設された従動リンク体と、上記回転リンク体と従動リンク体とを連結するロッドと、から構成し、スイッチ体を押圧してスイッチ体の係止片部を回動させて回転リンク体の係合部を押圧し、該回転リンク体をバネの付勢力に抗して上記鋼球に近づく方向に回動させることで、該回転リンク体及び従動リンク体の各殴打部が１対の鋼球の夫々を殴打し、自己発電が開始されるように構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスイッチ装置を、防水処理を施こして構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置を、椅子に配設し、着座したときの押圧力及び着座状態が解除されたときの復元力によりスイッチがＯＮ・ＯＦＦ制御されるように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置が、ランプをＯＮ・ＯＦＦ制御するランプ用のスイッチ装置であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のスイッチ装置が化粧台用椅子に配設され、該椅子に着座したときにランプがＯＮし、椅子から立ち上がったときにランプがＯＦＦするように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置を、洗面台，洗面化粧台，流し台，浴室或は各部屋等の建物のいずれかの床面に配設し、該床面に配設されたスイッチ装置に体重が加わったときに、上記洗面台，洗面化粧台，流し台，浴室或は各部屋等の建物の適所に配置された照明器具、エアーコンディショナー、換気扇、テレビジョン、音響機器がＯＮし、上記床面に体重が加わらなくなったときに、上記各器具がＯＦＦするように構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスイッチ装置を、流し台や洗面化粧台或は浴室の床面に配設し、該床面に配設されたスイッチ装置に体重が加わったときに、上記流し台の水栓の電磁弁が開放されて水が供給され、上記床面に体重が加わらなくなったときに、上記水栓の電磁弁が閉じて水の供給が遮断されるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明にあっては、器具のスイッチ装置の作動電源を、１回の押圧力で連続的に自己発電可能な圧電発電装置で構成したので、スイッチ装置の作動電源を無電源で確保することができ、その結果、電源コードを不要となし、スイッチ装置の配置場所を、例えば、電源コンセントから離れた場所に配置することができると共に、各種器具の作動を、各種器具から離れた場所に配置されたスイッチ装置からの無線で制御することができるので、手動式スイッチ等を壁等に配置する必要がなく、従来のスイッチのように、車椅子の人がその都度スイッチを操作する必要がないので、人に優しい生活環境を提供することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明にあっては、簡単でかつ安価な機構により鋼球の打撃力を、簡単かつ小型の圧電発電装置で連続的に繰り返して得ることができるので、従来の圧電発電装置の数十倍という発電力が得られ、スイッチ装置の作動電源として十分な発電力が得られる、という効果が得られる。
【００１８】
請求項３に記載の発明にあっては、直線方向に押圧力を付与しても、この押圧力をリンク体の回転方向の力に変換して、この変換された力でリンク体を回動させることで、該リンク体の端部に形成された殴打部で圧電発電装置の鋼球を殴打するように構成したので、圧電発電装置をスイッチ装置内の空間部に収納可能な小型、かつ薄型に形成することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明にあっては、圧電発電装置を並列に並べて構成し、この圧電発電装置の各鋼球を、２つの協働するリンク体によって殴打するように構成したので、請求項３に記載の圧電発電装置で得られる発電量の２倍の電力を得ることができ、実用レベルの電力を簡単な構成で得ることができると共に、一方の電力をスイッチ装置用電源とし、他方の電力を通信用電源と使用することができ、或は、一方が故障したとしても、夫々がスイッチ装置用電源と通信用電源として十分な発電量を確保できるので、故障によるトラブルの心配も少ない、という優れた効果を奏する。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、スイッチ装置に防水処理を施こして構成したので、所謂水回り環境下で使用する各種器具にも本スイッチ装置を用いることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、椅子に本スイッチ装置を配設し、着座したときの押圧力及び着座状態が解除されたときの復元力によりスイッチがＯＮ・ＯＦＦ制御できるように構成したので、手でスイッチ装置を操作する必要がなく、着座・離座という動作で各種器具の作動を制御することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、本スイッチ装置でランプをＯＮ・ＯＦＦ制御するように構成したので、ランプから離れた位置からでも該ランプを点灯又は消灯させることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、本スイッチ装置が化粧台用椅子に配設され、該椅子に着座したときにランプがＯＮし、椅子から立ち上がったときにランプがＯＦＦするように構成されているので、手でスイッチ装置を操作する必要がなく、着座・離座という動作でランプを点灯又は消灯させることができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、本スイッチ装置を、洗面台，洗面化粧台，流し台，浴室或は各部屋等の建物のいずれかの床面に配設し、該床面に配設されたスイッチ装置に体重が加わったときに、上記洗面台，洗面化粧台，流し台，浴室或は各部屋等の建物の適所に配置された照明器具、エアーコンディショナー、換気扇、テレビジョン、音響機器がＯＮし、上記床面に体重が加わらなくなったときに、上記各器具がＯＦＦするように構成したので、手で各種器具のスイッチ装置を操作する必要がなく、床面に乗るか離れるという動作だけで各種器具の作動を制御することができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、本スイッチ装置を、流し台や洗面化粧台或は浴室の床面に配設し、該床面に配設されたスイッチ装置に体重が加わったときに、上記流し台の水栓の電磁弁が開放されて水が供給され、上記床面に体重が加わらなくなったときに、上記水栓の電磁弁が閉じて水の供給が遮断されるように構成したので、床面に乗るか離れるという動作だけで水栓の作動を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面に示す発明の実施例に基づき、この発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１乃至図６は、この発明の実施例１に係るスイッチ装置１を示しており、該スイッチ装置１は、後記する各種器具に配置されて当該各種器具の作動をＯＮ・ＯＦＦ制御する。
【００２８】
図１は、本スイッチ装置１の一例を示す模式図であり、該スイッチ装置１は、椅子等の固定面や部屋の床裏面側に固定されるベース部１Ａと、このベース部１Ａに対して接離自在に配置された可動部１Ｂと、該可動部１Ｂを常態においてベース部１Ａから離れる方向に付勢するバネ１Ｄと、から構成されてなり、上記ベース部１Ａの空隙部には自己発電可能な圧電発電装置３０が配設されて構成されている。
【００２９】
即ち、本実施例１では、スイッチ装置１の駆動電源として、自己発電可能で、かつ、送信機能を備えた圧電発電装置３０と、可動部１Ｂに作用する押圧力を圧電発電装置３０の殴打力に変換するスイッチ押圧力変換装置１００が用いられている。
【００３０】
このスイッチ押圧力変換装置１００は、図２と図３に示すように、ベース部１Ａの空隙部に配設されたスイッチケース３１と、該スイッチケース３１に軸１０１を介して回動自在に軸支された断面が略く字状のスイッチ体１０２と、このスイッチ体１０２の係止片部１０３と係合する回転リンク体１０４と、この回転リンク体１０４の回動に同期して回動するように配設された従動リンク体１０５と、上記回転リンク体１０４と従動リンク体１０５とを連結するロッド１０６と、上記回転リンク体１０４の自由端部に形成された突起１０７がスライド自在に係合される長溝１０８を有するガイド体１０９と、から構成されており、上記回転リンク体１０４と従動リンク体１０５の各先端部に、圧電発電装置３０の鋼球４３，４３Ａを殴打する殴打部１１０，１１１が配設されて構成されている。そして、上記スイッチ体１０２の上端部が前記可動部１Ｂの裏面に当接した状態で配設されている。尚、図中符号１１２は回転リンク体１０４の支軸を、符号１１３は従動リンク体１０５の支軸を、符号１１４は、回転リンク体１０４を常態において殴打体１１０から離反する方向に付勢するバネを、符号１１５はガイド体１０９の支軸を夫々示している。
【００３１】
このように構成されたスイッチ押圧力変換装置１００は、可動部１Ｂにスイッチ押圧力Ｆが作用することで、該可動部１Ｂの裏面に配置されたスイッチ体１０２がベース部１Ａ方向へ押圧される。この押圧力によりスイッチ体１０２は軸１０１を中心として回転し、これに伴いスイッチ体１０２の係止片部１０３が回動し、回転リンク体１０４の係合部１０４ａが押圧されるので、該回転リンク体１０４は、バネ１１４の付勢力に抗して軸１１２を中心として図２反時計方向へと回動し、該回転リンク体１０４の殴打部１１０が鋼球４３を殴打し、自己発電が開始される。勿論、この回転リンク体１０４の上記殴打作用と同期して、ロッド１０６で回転リンク体１０４と連結された従動リンク体１０５も、軸１１３を中心として図２反時計方向へと回動し、該従動リンク体１０５の殴打部１１１が鋼球４３Ａを殴打し、自己発電が開始される。
【００３２】
また、自己発電を行う上記圧電発電装置３０は、図２と図３に示すように、中空箱状のスイッチケース３１と、該スイッチケース３１に配設された圧電セラミックス体１０と、該圧電セラミックス体１０を該圧電セラミックス体１０の固有振動が他の構造体に伝達しにくい柔状態で保持するクッション材１３と、上記スイッチケース３１の上面に固定されたＬ字状のバネ材で形成されてなる基部材４０と、該基部材４０の端部に固定された鋼球支持弾性体４１，４２と、この鋼球支持弾性体４１，４２の両端部にそれぞれ固定されてなる硬質の鋼球である鋼球４３，４４と、で構成されており、上記鋼球４４に押圧によるスイッチ押圧力Ｆを付与することで、他方の鋼球４３が共振作用によって往復振動を連続して繰り返し、上記圧電セラミックス体１０を殴打して該圧電セラミックス体１０に衝撃を与え発電させるように構成されている。
【００３３】
本実施例１では、上記圧電セラミックス体１０とクッション材１３及び基部材４０と鋼球支持弾性体４１，４２及び鋼球４３，４４が一組として構成されたものを、図４に示すように、２組並列に配設して構成している。これにより、一方の電力をスイッチ装置１の作動用電源とし、他方の電力を通信用電源と使用することもできる。勿論、この発明にあっては、本実施例１のように２組を並列に構成する必要は必ずしもなく、１組でもその発電量が確保できる場合には１組だけで構成してもよい。２組で構成した場合には、一方が故障したとしても、他方のもので、スイッチ装置用電源と通信用電源として十分な発電量を確保できるので、故障によるトラブルの心配も少なく、また、メンテナンスも容易となる。さらに、上記構成では発電量が不足する場合には、複数組を組み合わせて構成してもよい。尚、以下の説明では、上記各組の各部の構成が同一であるので、説明の煩雑さを避けるため、一方の組の各部の構成を例にとり説明し、他方の組の各部には同一の符号の後に「Ａ」を付して、その詳細な説明をここでは省略する。
【００３４】
即ち、棒状ステンレス等の金属体で形成されてなる上記鋼球支持弾性体４１は、上記基部材４０の接続点ｌ０から同じ長さｌ１，ｌ２を有して溶接固定されている。
【００３５】
ここで、図１乃至図３に示す鋼球４３を０．６ｇの鋼球で形成し、鋼球支持弾性体４１をφ０．６のステンレス棒材（ｓｕｓ３０４−ＷＰＢ）で形成し、かつ、ｌ１，ｌ２間長さを７０ｍｍとし、ステンレス材（ｓｕｓ３０１：ｔ＝０．４）で形成された基部材４０のｌ０寸法を１５ｍｍに設定した場合、鋼球４３の往復振幅ストロークは１４〜１５ｍｍであった。この構成からなる圧電発電装置３０による発電量を、公知の構成からなる測定装置で電圧を測定した。その結果を、図４に示す。
【００３６】
図４に示すデータからも明らかなように、上記鋼球４４に殴打部１１０（１１１）で殴打を１度与えると、鋼球４３（４３Ａ）が振り子状に連続して振動を繰り返し、従来のような１回限りの殴打により得られる発電量の数十倍の発電が得られることが判る。即ち、この実施例１では、ｌ１＝ｌ２，４３＝４４として一方の固有振動数と他方の固有振動数とを同一に設定し、左右が共振するように構成されている。このように構成することで、一方の固有周波数（ｎ・ｆｏ）を他方の固有周波数（ｆｏ）の整数倍にすることができ、その結果、右側の蓄積エネルギーを大きく（完成モーメントを大きく）することで、固有周波数は下がり、鋼球４３（４３Ａ）の振動継続時間を長くすることができる。
【００３７】
また、この実施例１に係る圧電発電装置３０によれば、部品点数を大幅に削減することができ、コストダウンと共に、装置を非常に小さくすることができる。
【００３８】
尚、上記実施例１では、前記鋼球支持弾性体４１（４１Ａ），４２（４２Ａ）と基部材４０（４０Ａ）との連結を、溶接で行う場合を例にとり説明したが、この発明にあってはこれに限定されるものではなく、ねじ止めやかしめ止め、或は強力な接着剤を用い或はハンダ付け等の公知の手段で一体的に連結することもできる。
【００３９】
一方、上記圧電セラミックス体１０は、同一材質、同一形状、同一厚さの２枚の板状の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、各圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの分極の極性を同一方向にし、かつ、該圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ間に、りん青銅や真鍮等の導電性金属で１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成された極薄の金属電極１１を配置し、これら圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１を接合して構成されている。尚、この実施例１では、圧電セラミックス体１０を２組配置して構成しているが、以下の説明では、各組の構成が同一であるので、説明の煩雑さを避けるため、一方の組の構成を例にとり説明する。
【００４０】
即ち、上記圧電セラミックス素子は、チタンジルコン酸亜鉛系の素材が用いられ、また、クッション材１３としては、合成樹脂材、ゴム材或はこれらをスポンジ状に形成した軟質材料を用いることができ、具体的には、発泡ポリエチレンが好適である。さらに、この実施例１では、鋼球４３，４４を、圧電セラミックス体１０が破壊されていない程度に重量が重く発電効率が良好なタングステンや鉄などを用いることができ、また、圧電セラミックス体１０の鋼球衝突面部をプロテクトするプロテクタ１４は、加工性に優れたリン青銅やステンレス等の硬い金属或は合成樹脂などを用いることができる。
【００４１】
ところで、上記金属電極１１を上記極薄の厚さとすることで、該金属電極１１による機械的な抵抗をごく僅かに抑えることができ、２つの圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１の接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が発生したとしても、該たわみ振動の金属電極１１による減衰を可及的に小さく抑えることができる。尚、この実施例１の構成では、一方の側の圧電セラミックス素子１０ａが伸長すれば他方の側の圧電セラミックス素子１０ｂは収縮し、かつ出力電圧の電極は逆方向となり、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂは並列に接続された発電構成となる。
【００４２】
また、この実施例１では、上記たわみ振動が行われると、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）で伸長と伸縮との両方の作用が行われて、分極が打ち消されるということがなく効率的に発電が行われる。発電された電気エネルギーとしての電流は、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ及び金属電極１１に導電接続されたリード線を用いて取り出される。
【００４３】
尚、本実施例１では、２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、金属電極１１を介装して積層した場合を例にとり説明したが、各圧電セラミックス素子１０ａ（１０ｂ）自体を、それぞれ積層構造とすることができる。この積層構造では、複数枚の圧電セラミックス素子を接合（この場合は分極の極性も同一方向に）して、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）を形成する。このように、圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）自体を積層構造とし、これを例えば弾性特性を有する接着材により接合した場合には、この弾性効果により、材質的に強度に欠ける圧電セラミックス体１０の曲がりが容易になって曲げ強度を維持することができる。尚、この発明において、圧電セラミックス体１０の外形形状は特に限られるものではなく、円形、楕円形、三角形、四角形或いは多角形等、利用実施に対応させて適宜の形状のものを用いることができる。
【００４４】
また、この実施例１に用いられる前記クッション材１３は、合成樹脂材、ゴム材、或いはこれらをスポンジ状にした軟質の材料で構成されている。このようなクッション材１３を用い、しかも、このクッション材１３の中央部のみ或いは両端部を接着材で圧電セラミックス体１０を固着したのは、圧電セラミックス体１０の振動を減衰させないためである。圧電セラミックス体１０が振動する場合、この圧電セラミックス体１０を支持する部材は圧電セラミックス体１０の振動を減衰させる要因になり、この減衰要因を取り除くために、クッション材１３を用いて極力圧電セラミックス体１０を自由な状態におく。
【００４５】
この実施例１のように、圧電セラミックス体１０の歪みは、圧電セラミックス自体が持つ固有振動となって暫くの間、継続する。この固有振動を長く継続させるためには、この固有振動を圧電セラミックス体１０以外の他の構成体に伝えないことが重要である。圧電セラミックス体１０の固有振動は、電気エネルギーとして変換されるが、その他の構造体の振動は全て機械的な抵抗となって固有振動エネルギーを吸収してしまい、電気エネルギーとして取り出すことができない。このため、この実施例１では、圧電セラミックス体１０と他の構造体との間で上記固有振動が伝達しないような柔らかな接触を実現するための手段として上記クッション材１３を用いることで、圧電セラミックス体１０の固有振動を長く継続させることができ、発電効率が良くなる。勿論、このクッション材１３は圧電セラミックス体１０に加えられる衝撃を緩和する作用をも有する。尚、圧電セラミックス体１０ａの表面側に配設されるプロテクタ板１４は、金属製或いは合成樹脂製等で形成されており、鋼球４４の殴打から圧電セラミックス体１０を保護する。
【００４６】
図５は、上記圧電発電装置３０の発電部５０で発電された電流を整流させる回路部６０の一例を示しており、該回路部６０の充電部６１には、整流手段６２と充電手段６３と判定手段６４と放電スイッチ手段６５とが備えられている。整流手段６２は、発電部５０で出力された交流電力を整流して脈流にする手段である。充電手段６３は、整流手段６２により得られた脈流を直流として充電する手段である。判定手段６４は、充電手段６３の充電量を圧電素子１０の発電のタイミングに応じて間欠的に監視し判定する手段である。この手段では、充電量は監視の際にごく少量消費されるが、間欠的に監視しているので監視による電力の消費を抑え、充電量への影響を低減させている。放電スイッチ手段６５は、判定手段６４により充電手段６３の充電量が発信可能なレベルに達したことが判定されたときに、充電手段６３の放電を開始させ、スイッチ装置１のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ６の作動電源として制御部１Ｃ及び後段の発信部７０に電力を供給する手段である。
【００４７】
発信部７０には、通信制御手段７１と信号スイッチ手段７２と信号スイッチ手段７３と放電停止手段７４とが備えられている。通信制御手段７１は、通信に必要な動作を行う手段であり、この手段は充電部６１から電力が供給されることで開始される。この手段では、動作の開始により信号スイッチ手段７２をＯＮさせるように働くとともに、発信のためのデータを信号発生手段７３に渡す。信号スイッチ手段７２は、通信制御手段７１によりＯＮされて、信号スイッチ手段７３に電力を供給する手段である。
【００４８】
信号スイッチ手段７３は、スイッチ装置１からの計測された体重データを信号に変換してなるデータを通信制御手段７１から受け取り発信する。放電停止手段７４は、充電部６１からの電力の供給を停止させるように放電スイッチ手段６５を動作させる手段である。この手段は、通信制御手段７１が発信のために必要なデータを全て信号スイッチ手段７３に渡し終わったら、通信制御手段７１により動作させられる。
【００４９】
図５及び図６を用いてさらに説明する。図５及び図６は連続した回路図であり、Ｓ点、＋点、−点により接続される。整流手段６２はダイオードＤ１〜Ｄ６により全波整流の回路が形成されており、発電部５０から出力された交流電力をここで整流し脈流として後段に出力する。発電部５０から取り出された４本のリード線のうち３本のリード線が結線され、３本のリード線が６個のダイオードＤ１〜Ｄ６に接続されている。
【００５０】
充電手段６３は、コンデンサＣ１を備えている。このコンデンサＣ１は、充電電池に代替してもよい。整流手段６２で整流された脈流は、コンデンサＣ１に直流として逐次充電され、鋼球４４が圧電素子１０に衝突して発電を繰り返すたびにコンデンサＣ１の両端の電圧が高くなる。
【００５１】
放電スイッチ手段６５には、自己保持型電流スイッチが用いられている。本実施例１では、相補トランジスタを用いており、ＰＮＰトランジスタＴｒ１とＮＰＮトランジスタＴｒ２とを組み合わせている。この放電スイッチ手段６５では、ｂ点に、ｃ点の電圧より約０．６Ｖ(Ｔｒ１により決まる値)低い電圧が印加されると、Ｔｒ１がＯＮとなり、ほぼ同時にＴｒ２がＯＮとなる。このように放電スイッチ手段６５がＯＮ状態となると、ｃ点とｄ点の間はきわめて低いインピーダンスとなる。そして、充電手段６３のコンデンサＣ１に貯めた電力を放電し、きわめて少ないロスで通信制御手段７１に供給する。そして、このＯＮ状態は、自己保持状態となり放電停止するまで継続する。
【００５２】
判定手段６４は、コンデンサＣ２，Ｃ３と抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えている。Ｃ３は誤動作防止用に設けたものである。コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１は、圧電素子１０からの出力である図６中に示すａ点と放電スイッチ手段６５の図６中に示すｂ点との間に設けられている。そして、この時定数で充電量の判定の際にｂ点に電圧を印加する時間を決めている。ａ点には鋼球４４が圧電素子１０に衝突する度に交流電力が発生するが、この電圧は、コンデンサＣ１の両端の電圧にダイオードＤ６の上棟方向の電圧を加えた値である。そして、コンデンサＣ１が充電により電圧上昇するとともにａ点の交流電圧も上昇する。つまり、ａ点ではコンデンサＣ１両端の直流電圧にほぼ比例した交流電圧が、鋼球４４が衝突するたびに、すなわち間欠的に得られる。そしてこのａ点での交流電圧は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２の時定数で決めた短時間で印加される。ｂ点の電圧は抵抗Ｒ１，Ｒ２の分配比により決められ、上述したようにｂ点の電圧がｃ点の電圧よりも約０．６Ｖ（Ｔｒ１により決まる値）低い電圧の値を超えると放電スイッチ手段６５がＯＮとなる。
【００５３】
ここでは、ｂ点の電圧は
ｃ点の電圧×（１−Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））
で示されるため、このｂ点の電圧がc点の電圧よりも約０．６Ｖ低い電圧「ｃ点の電圧−約０．６Ｖ」と等しくなったときが判定の閾値となり、これをもって充電量のレベルを判定する。
【００５４】
このため、Ｒ１とＲ２を調整することで放電を開始させる充電量を、スイッチ装置１の駆動可能なレベル及び発信可能なレベルに調整することができる。このレベルは、用いられるスイッチ装置１の駆動電圧及び発信する信号に応じて任意に設定される。
【００５５】
通信制御手段７１は、通信制御回路７５とコンデンサＣ７と抵抗Ｒ８とＦＥＴ１を備えている。コンデンサＣ７は動作安定用に設けたものである。抵抗Ｒ８とＦＥＴ１は通信制御回路７５と信号スイッチ手段７２を低消費電力でインターフェースするためのレベル変換に設けたものである。充電部６１からの放電により通信制御回路７５に電力が供給されると、通信制御回路７５の内部で発信に必要な手順が実行される。なお、通信制御回路７５は消費電力の小さいものである。
【００５６】
信号スイッチ手段７２は、ＰＮＰトランジスタＴｒ４と抵抗Ｒ６，Ｒ７とコンデンサＣ６を備えている。信号発生手段７３を構成する信号発生回路７６が比較的大電力を必要とするために、この信号スイッチ手段７２では大電力用トランジスタスイッチＴｒ４を使って、信号発生回路７６に電力を供給するよう構成している。信号スイッチ手段７２では、通信制御回路７５からの発信開始の指令がＦＥＴ１と抵抗Ｒ７を通ってトランジスタＴｒ４をＯＮさせると、信号スイッチ手段７３で発信を開始させるよう動作する。
【００５７】
信号発生手段７３は、上記信号発生回路７６とアンテナ７７を備えており、信号スイッチ手段７２から電力が供給されると、通信制御回路７２から受け取った発信のためのデータを無線信号に変換してアンテナ７７から発信する。
【００５８】
放電停止手段７４は、ＰＮＰトランジスタＴｒ３と抵抗Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ４，Ｃ５とを備えている。コンデンサＣ４，Ｃ５は、誤動作防止用に設けている。この手段では、通信制御回路７５が発信のために必要なデータを信号発生回路７６に送出し終えたら、通信制御回路７５から抵抗Ｒ４を通してトランジスタＴｒ３をＯＮさせる信号を出力する。トランジスタＴｒ３がＯＮとなると放電スイッチ手段６５の自己保持は解除となり、コンデンサＣ５に貯まっていた電力の放電は停止して、発信動作は終了する。
【００５９】
図５に示すように、発電部５０の出力が回路部６０に取り出される。回路部６０には、発電部５０で発生した交流電力を整流して充電する充電部６１と発信部７０とが備えられている。そして、発信部７０から発信された信号は、各種器具Ｗに配設された受信装置８０の受信部８１に受信された後、制御部８２に送られ、該制御部８２は、各種器具Ｗの作動をＯＮ・ＯＦＦ制御する。
【００６０】
このように、本実施例１では、回路部６０で、圧電素子１０が発電するたびにその出力から交流電圧を取り出し、これを判定手段６４に用いて充電量を判定している。このような充電量の間欠的な判定は、充電量が増加するタイミングで効率よく判定される。その上、判定のために無駄な電力を消費することが大幅に抑制されるので、発信に必要な電力を素早く充電してスイッチ装置１の制御部１Ｃ及び発信部７０に供給できる。
【００６１】
尚、この実施例１にあっては、上記可動部１Ｂがバネ１Ｄの付勢力に抗してスイッチ体１０２を押圧したときに、各種器具Ｗの作動をＯＮさせる制御用電源として用いられ、上記可動部１Ｂがバネ１Ｄの付勢力によってスイッチ体１０２が復動（上昇）方向に移動する際にも同様な発電作動が行なわれて、各種器具ＷのＯＦＦ制御の作動電源として充電される。
【００６２】
このように、この実施例１では、外部電源に頼ることなく、適宜のスイッチを押圧し或は押圧を止める毎に、必要な電力を直ちに供給することができるように構成されているので、次のような各種器具のスイッチ装置として用いることができる。
【００６３】
例えば、本スイッチ装置１を防水処理することで、所謂水回り環境下で使用する各種器具のＯＮ・ＯＦＦ制御スイッチとして用いることができる。
【００６４】
また、椅子に本スイッチ装置を配設し、着座したときの押圧力でＯＮし、着座状態が解除されたときの復元力によりスイッチがＯＦＦするように構成することで、従来のスイッチ装置のように手でスイッチ装置を操作する必要がなく、着座・離座という動作で各種器具の作動を制御することができる。
【００６５】
さらに、本スイッチ装置でランプをＯＮ・ＯＦＦ制御するように構成することもでき、ランプから離れた位置からでも該ランプを点灯又は消灯させることができる。
【００６６】
また、本スイッチ装置を化粧台用椅子に配設し、該椅子に着座したときにランプがＯＮし、椅子から立ち上がったときにランプがＯＦＦするように構成することができ、手でスイッチ装置を操作する必要がなく、着座・離座という動作でランプを点灯又は消灯させることができる。
【００６７】
さらに、本スイッチ装置を、洗面台，洗面化粧台，流し台，浴室或は各部屋等の建物のいずれかの床面に配設し、該床面に配設されたスイッチ装置に体重が加わったときに、上記洗面台，洗面化粧台，流し台，浴室或は各部屋等の建物の適所に配置された照明器具、エアーコンディショナー、換気扇、テレビジョン、音響機器がＯＮし、上記床面に体重が加わらなくなったときに、上記各器具がＯＦＦするように構成することで、手で各種器具のスイッチ装置を操作する必要がなく、床面に乗るか離れるという動作だけで上記各種器具の作動を制御することができる。
【００６８】
またさらに、本スイッチ装置を、流し台や洗面化粧台或は浴室の床面に配設し、該床面に配設されたスイッチ装置に体重が加わったときに、上記流し台の水栓の電磁弁が開放されて水が供給され、上記床面に体重が加わらなくなったときに、上記水栓の電磁弁が閉じて水の供給が遮断されるように構成することで、床面に乗るか離れるという動作だけで水栓の開閉作動を制御することができる。
【００６９】
尚、この発明に係るスイッチ装置の適用範囲は、上記に例示した器具に限定されるものではなく、スイッチ装置を必要とするその他の機械器具用の各種スイッチとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明の実施例１に係るスイッチ装置の内部構成を概略的に示す説明図である。
【図２】同スイッチ装置の内部に配設された圧電発電装置の構成を示す平面断面図である。
【図３】同圧電発電装置の構成を示す縦断面図である。
【図４】測定装置により測定された本圧電発電装置の発電量を示すグラフである。
【図５】同圧電発電装置の回路構成を示すブロック図である。
【図６】本実施例１に用いられる受信器の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７１】
Ｗ  各種器具
１  スイッチ装置
１Ａ  ベース部
１Ｂ  可動部
１Ｃ  制御部
１Ｄ  バネ
１０  圧電セラミックス体
１３  クッション材
３０  圧電発電装置
３１  スイッチケース
４０  基部材
４１，４１Ａ，４２，４２Ａ  鋼球支持弾性体
４３，４３Ａ，４４，４４Ａ  鋼球
５０  発電部
６０  回路部
６１  充電部
６２  整流手段
６３  充電手段
６４  判定手段
６５  放電スイッチ手段
７０  発信部
８０  受信装置
８２  制御部
８４  洗浄水供給機構等
１００  スイッチ押圧力変換装置
１０２  スイッチ体
１０３  スイッチ体の係止片部
１０４  回転リンク体
１０５  従動リンク体
１０６  ロッド
１０９  ガイド体
１１０，１１１  殴打部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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